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MOOG: 微型液壓閥提供緊湊而高性能的解決方案
點(diǎn)擊次數(shù)：186 發(fā)布時(shí)間：2024-11-26
微型液壓閥的小尺寸和高功率重量比可使多種不同的應(yīng)用受益。
盡管幾乎每個(gè)行業(yè)都在選擇或考慮轉(zhuǎn)向全電動(dòng)解決方案，但仍有許多領(lǐng)域致力于使用液壓技術(shù)，包括微型液壓閥。
工程師選擇這些伺服閥是因?yàn)樗鼈兲峁┚o湊、輕巧的封裝，具有高功率重量比。微型液壓閥的重量可以低至95克，提供280bar的工作壓力，額定流量高達(dá) 7.5 lpm。
這些微型閥門(mén)通常用于需要高功率密度的應(yīng)用中，但與標(biāo)準(zhǔn)閥門(mén)不同，它們可以是四通閥。憑借伺服控制反饋，如果給出命令，閥門(mén)將以一定的速率流動(dòng)，并可以通過(guò)線性命令立即改變?cè)撍俾省?br/>
微型液壓閥可以為一系列應(yīng)用帶來(lái)益處，包括海底機(jī)器人、賽車(chē)運(yùn)動(dòng)、娛樂(lè)、石油和天然氣鉆探，甚至飛艇，正如本文概述的 Moog Inc. 的案例所證明的那樣。
微型液壓系統(tǒng)在海底車(chē)輛中發(fā)揮深層作用
海底遙控車(chē)輛 (ROV) 配備有機(jī)械臂，用于抓取或放置物品。機(jī)械臂最多可容納七個(gè)微型液壓伺服閥，每個(gè)閥都作為控制柜的一部分，可在海平面以下一英里以上的地方運(yùn)行。
對(duì)于海底應(yīng)用，伺服閥的集成力矩馬達(dá)浸沒(méi)在液壓油中，并在控制柜內(nèi)加壓，因?yàn)樵谌绱松畹乃?，任何殘留在?nèi)部的空氣都會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)和馬達(dá)塌陷。為了防止環(huán)境污染，液壓油含有水-乙二醇混合物，其工作原理與礦物油非常相似。
幾年前，蒙特雷灣水生研究所 (MBARI) 想要更換控制該研究所 Ventana ROV 上的攝像頭和機(jī)械臂的閥門(mén)。經(jīng)過(guò) 16,000 小時(shí)的使用和海底壓力后，占據(jù) Ventana 船尾歧管內(nèi)部空間的傳統(tǒng)閥門(mén)因其不對(duì)稱設(shè)計(jì)而需要更換。
市場(chǎng)上沒(méi)有一種替換閥門(mén)能夠適合 ROV 的外殼，并能承受高達(dá) 3,000 psi (207 bar) 的壓力，同時(shí)減少飛行員的動(dòng)作與機(jī)械臂和所附攝像頭的定位之間的延遲。使用傳統(tǒng)閥門(mén)，MBARI 技術(shù)團(tuán)隊(duì)會(huì)通過(guò)將 ROV 的泵置于旁路狀態(tài)來(lái)減少液壓系統(tǒng)的壓力，并使機(jī)械臂更加靈巧。當(dāng)團(tuán)隊(duì)這樣做時(shí)，傳統(tǒng)伺服閥的“零點(diǎn)"發(fā)生了偏移。
MBARI 要求 Moog Inc. 解決三重挑戰(zhàn)。首先，設(shè)計(jì)一組適合現(xiàn)有外殼的閥門(mén)。其次，消除壓力中心偏移。第三，解決導(dǎo)致飛行員反復(fù)移動(dòng)機(jī)械臂和攝像頭以尋找標(biāo)本或目標(biāo)的延遲問(wèn)題。
Moog 還被告知 Ventana 最初的制造成本為 795,000 美元；更換車(chē)輛將花費(fèi) MBARI 320 萬(wàn)美元。因此，改裝車(chē)輛對(duì)于 MBARI 的項(xiàng)目至關(guān)重要。
Moog 的解決方案包括其微型 30 系列伺服閥，尺寸為 4.0 x 3.4 x 3.9 厘米（1.6 x 1.3 x 1.5 英寸）。這些閥門(mén)是分體式歧管，可處理高達(dá) 3,000 psi 的液壓，并提供 2.5 毫秒的階躍響應(yīng)。Moog 設(shè)計(jì)了適合正確閥門(mén)配置的閥門(mén)，其尺寸比傳統(tǒng)閥門(mén)更小。
據(jù) MBARI 稱，微型閥門(mén)消除了視頻和控件的延遲。MBARI 表示，ROV 的系統(tǒng)更易于調(diào)整。Moog 還使 MBARI 能夠使用軟件來(lái)從閥門(mén)和攝像機(jī)角度獲得最佳性能，從而加快了水下研究海豹壽命和地質(zhì)等問(wèn)題的時(shí)間。
據(jù)擁有 35 年經(jīng)驗(yàn)的 Moog 高級(jí)產(chǎn)品工程師 Russ Miliotto 稱，微型 30 系列伺服閥最初是為國(guó)防和太空應(yīng)用而制造的。Miliotto 指出，這些閥門(mén)最初用于控制和無(wú)人航天器的推力矢量。
“我們采用了太空和國(guó)防閥門(mén)，并將它們工業(yè)化，"Miliotto 說(shuō)道。“以前，這些閥門(mén)使用的是鑄件，但對(duì)于工業(yè)，我們使用不銹鋼和 Viton™ 密封件等材料。"
Miliotto 表示，這些閥門(mén)的工業(yè)版本比版本便宜。他補(bǔ)充說(shuō)，不需要對(duì)它們進(jìn)行沖擊測(cè)試，因?yàn)槲⑿烷y門(mén)已經(jīng)是一種經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的設(shè)計(jì)。
重量為 95 克的微型液壓伺服閥作為行駛高度系統(tǒng)的組件起著關(guān)鍵作用。這些輕巧、高性能的閥門(mén)可以快速調(diào)節(jié)汽車(chē)的懸架。微型閥門(mén)的階躍響應(yīng)小于 3 毫秒。作為主動(dòng)懸架系統(tǒng)的組件，閥門(mén)可幫助車(chē)輛感受到力并移動(dòng)行駛高度以減少阻力。
在俄亥俄州本田汽車(chē)實(shí)驗(yàn)室 (HALO) 設(shè)施中，本田要求 Moog 為實(shí)驗(yàn)室風(fēng)洞中的測(cè)試車(chē)輛提供主動(dòng)行駛高度系統(tǒng)，該系統(tǒng)可產(chǎn)生高達(dá) 306 公里/小時(shí)的風(fēng)速。
Moog 與一級(jí)方程式賽車(chē)軟件和硬件供應(yīng)商 Cosworth 合作，設(shè)計(jì)了一套系統(tǒng)來(lái)取代傳統(tǒng)的車(chē)載懸架，因?yàn)閾?dān)心會(huì)接觸到測(cè)試設(shè)備的移動(dòng)帶，所以底盤(pán)高度的調(diào)節(jié)范圍受到限制。Moog 的系統(tǒng)可以控制底盤(pán)高度、俯仰和側(cè)傾，防止車(chē)輛在空氣動(dòng)力學(xué)測(cè)試期間在高下壓力水平下振蕩。
為 HALO 的測(cè)試解決方案開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)的一部分利用了微型液壓伺服閥，除其他功能外，它還可以操作液壓執(zhí)行器來(lái)控制故障安全系統(tǒng)，以便在斷電或系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)鎖定車(chē)輛。
盡管主題公園不斷更新其游樂(lè)設(shè)施，但先前的設(shè)計(jì)是方便和經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)。這意味著有機(jī)會(huì)使用高性能微型液壓系統(tǒng)改進(jìn)這些游樂(lè)設(shè)施，特別是因?yàn)樵S多游樂(lè)設(shè)施平臺(tái)早于全電動(dòng)驅(qū)動(dòng)。
Miliotto 補(bǔ)充說(shuō)，電動(dòng)設(shè)計(jì)可能會(huì)限制故障保險(xiǎn)。例如，如果您丟失了閥門(mén)的電信號(hào)，設(shè)計(jì)師可以制造一個(gè)帶有偏置的故障保險(xiǎn)裝置，以驅(qū)動(dòng)活塞返回原位。如果電控柜上的電子信號(hào)丟失，設(shè)計(jì)人員必須依靠電池電源和馬達(dá)（或重力）來(lái)驅(qū)動(dòng)游樂(lè)設(shè)施的活塞回到原位。
微型液壓閥有助于引導(dǎo)鉆頭，使其能夠在地下轉(zhuǎn)彎并水平鉆進(jìn)。在這種應(yīng)用中，石油和天然氣公司依靠重 195 克 (6.9 盎司) 的微型液壓閥和直徑為 8 毫米 (0.3 英寸) 的伺服電機(jī)，因?yàn)樗鼈兛梢猿惺芨哌_(dá) 177 攝氏度 (351 華氏度) 的溫度、25,000 psi (1,724 巴) 的壓力和高達(dá) 250 克的沖擊。
對(duì)于 MWD，井下馬達(dá)是鉆井公司井底組件的一部分，控制向地面產(chǎn)生泥漿脈沖的閥門(mén)。這些泥漿脈沖可幫助操作員和鉆井人員在鉆井過(guò)程中做出決策。對(duì)于電纜作業(yè)（使用鉆孔中的特殊電纜來(lái)收集數(shù)據(jù)），電機(jī)和微型液壓閥有助于提取側(cè)壁巖心和流體樣本進(jìn)行分析。
為了控制飛艇的方向舵，設(shè)計(jì)師選擇使用小型、輕量級(jí)的伺服閥來(lái)補(bǔ)充電機(jī)。飛艇制造商依靠液壓系統(tǒng)來(lái)控制飛艇的方向舵。當(dāng)一家飛艇制造商長(zhǎng)期使用的閥門(mén)過(guò)時(shí)時(shí)，Miliotto 的同事、Moog 工程團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人 Kellsi Ellis 表示，該公司采用微型液壓伺服閥來(lái)提供所需設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)控制。
“重新設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，尤其是一個(gè)成功的系統(tǒng)，從液壓系統(tǒng)改為全電動(dòng)系統(tǒng)，可能成本太高，"Ellis 指出?！坝泻芏噙@樣的液壓應(yīng)用，客戶想要替代產(chǎn)品。我們可以采用微型液壓伺服閥，用它們來(lái)替換 20 世紀(jì) 60 年代甚至 50 年代機(jī)器上的閥門(mén)；你不會(huì)用電子產(chǎn)品來(lái)替代這些產(chǎn)品。"
據(jù) Miliotto 介紹，微型液壓閥經(jīng)常被設(shè)計(jì)用來(lái)替代不再生產(chǎn)的舊產(chǎn)品。例如，防爆閥和本質(zhì)安全閥需要制造商投入大量資金來(lái)維持認(rèn)證，他說(shuō)。如果這些閥門(mén)的銷(xiāo)量不是特別高，那么閥門(mén)制造商可能會(huì)取消該產(chǎn)品線。